TOFD标准.doc

1、JB中 华 人 民 共 和 国 行 业 标 准JB/T 4730.10 承 压 设 备 无 损 检 测第 10 部 分 ： 衍 射 时 差 法 超 声 检 测Nondestructive testing of pressure equipmentsPart 10: Ultrasonic time of flight diffraction technique（ 征 求 意 见 稿 ）-发 布 -实 施 发 布JB/T 4730.10I目 次前 言 1 范 围 12 规 范 性 引 用 文 件 13 术 语 和 定 义 14 检 测 人 员 35 检 测 设 备 36 对 比 试 块 37 方

2、法 概 要 和 一 般 要 求 48 检 测 准 备 59 检 测 设 置 和 校 准 610 检 测 911 检 测 数 据 的 分 析 和 解 释 1012 其 他 补 充 检 测 1213 缺 陷 评 定 与 质 量 分 级 1214 检 测 报 告 13 附录 A（规范性附录） TOFD 检测设备的具体性能指标要求15 附录 B（资料性附录） 对比试块17 附录 C（资料性附录） 衍射时差法超声检测报告19JB/T 4730.10II前 言本部分为 JB/T 4730.16-2005 之外新增加的第 10 部分：衍射时差法超声检测。 本部分主要根据国内近年来的研究成果和应用经验，在方法

3、部分主要参考了 CEN/TS14751-2004焊接衍射时差法超声检测在焊接检验中的使用 、ASTM E2373-2004采用衍 射时差法超声检测的标准实施规程 、 ENV583-62000 无损检测之超声检测第 6 部分： 缺陷 探测和定量的衍射时差法超声检测 、 BS 7706-1993用于缺陷探测、 定位和定量的衍射时差 法超声检测的校准和设置指南以及 ASME code case 2235-9 中的有关内容；在缺陷评定部 分主要参考了 NEN 18222005衍射时差法超声检测的检验验收准则和 ASME code case2235-9 中的相关内容。本部分附录 A 为规范性附录，附录

4、B、附录 C 为资料性附录。 本部分由全国锅炉压力容器标准化技术委员会（SAC/TC 262）提出。 本部分由全国锅炉压力容器标准化技术委员会（SAC/TC 262）归口。 参加本部分制订工作的主要单位和人员如下：中国特种设备检测研究院 林树青、寿比南、郑晖、马殿忠、胡斌 国家质检总局特种设备安全监察局 王晓雷、张建荣 江苏省特种设备安全监督检验研究院 强天鹏 湖北省特种设备安全检验检测研究院 李新成合肥通用机械研究院 关卫和 中国第一重型机械集团公司 周凤革 武汉中科创新技术有限公司 田建新 北京欧宁检测科技有限公司 李智军 华北电力科学研究院有限责任公司 胡先龙 辽宁省葫芦岛市锅炉压力容器

5、检验研究所 田国良JB/T 4730.101承 压 设 备 无 损 检 测第 10 部 分 ： 衍 射 时 差 法 超 声 检 测1 范 围JB/T 4730的 本 部 分 规 定 了 承 压 设 备 采 用 衍 射 时 差 法 超 声 检 测 （ 以 下 简 称 “TOFD”） 方 法 和 质 量 分 级 要 求 。本部分适用于同时具备下列条件的焊接接头：a） 材 料 为 低 碳 钢 或 低 合 金 钢 ；b） 截 面 全 焊 透 的 对 接 接 头 ；c） 工 件 厚 度 t： 12mm t 400mm（ 不 包 括 焊 缝 余 高 ， 焊 缝 两 侧 母 材 厚 度 不 同 时 ， 取

6、薄 侧 厚 度 值 ） 。与 承 压 设 备 有 关 的 支 撑 件 和 结 构 件 的 衍 射 时 差 法 超 声 检 测 ， 可 参 照 本 部 分 使 用 ； 对 于 其 他 细 晶 各 向 同 性 和 低 声 衰 减 金 属 材 料 ， 也 可 参 照 本 部 分 使 用 ， 但 应 考 虑 声 速 的 变 化 。2 规 范 性 引 用 文 件下 列 文 件 中 的 条 款 ， 通 过 JB/T 4730本 部 分 的 引 用 而 成 为 本 部 分 的 条 款 。 凡 是 注 日 期 的 引 用 文 件 ， 其 随 后 所 有 的 修 改 单 （ 不 包 括 勘 误 的 内 容 ）

7、或 修 订 版 均 不 适 用 于 本 部 分 ， 然 而 ， 鼓 励 根 据 本 部 分 达 成 协 议 的 各 方 研 究 是 否 可 使 用 这 些 文 件 的 最 新 版 本 。 凡 是 不 注 日 期 的 引 用 文 件 ， 其 最 新 版 本 适 用 于 本 部 分 。JB/T 4730.1 承压 设备无损检测 第 1 部 分：通用要求JB/T 4730.2 承压 设备无损检测 第 2 部 分：射线检测JB/T 4730.3 承压 设备无损检测 第 3 部 分：超声检测JB/T 4730.4 承压 设备无损检测 第 4 部 分：磁粉检测JB/T 4730.5 承压 设备无损检测 第

8、 5 部 分：渗透检测JB/T 4730.6 承压 设备无损检测 第部 分：涡流检测JB/T 10061-1999 A型 脉 冲 反 射 式 超 声 波 探 伤 仪 通 用 技 术 条 件JB/T 10062-1999 超 声 探 伤 用 探 头 性 能 测 试 方 法 GB/T 12604.1 无 损 检 测 术 语 超 声 检 测3 术 语 和 定 义3.1GB/T 12604.1 规 定 的 ,以 及 下 列 术 语 和 定 义 适 用 于 JB/T 4730 的 本 部 分 。坐 标 定 义 coordinate definitionJB/T 4730.102XO 扫查面Y底面Z3.2

9、图 1 坐 标 定 义O： 设 定 的 检 测 起 始 参 考 点 X： 沿 焊 缝 长 度 方 向 的 坐 标 Y： 沿 焊 缝 宽 度 方 向 的 坐 标 Z： 沿 焊 缝 厚 度 方 向 的 坐 标TOFD Time of Flight Diffraction衍 射 时 差 法 超 声 检 测 ， 是 采 用 一 发 一 收 探 头 工 作 模 式 、 利 用 缺 陷 端 点 的 衍 射 波 信 号 探 测 和 测 定缺 陷 尺 寸 的 一 种 自 动 超 声 检 测 方 法 。3.33.43.53.63.73.83.9扫 查 面 scanned surface放 置 探 头 的 工 件

10、 表 面 ， 超 声 波 声 束 从 该 面 进 入 工 件 内 部 。底 面 back wall与 扫 查 面 相 对 的 工 件 另 一 侧 表 面 。直 通 波 lateral wave从 发 射 探 头 沿 工 件 以 最 短 路 径 到 达 接 收 探 头 的 超 声 波 。底 面 反 射 波 back wall echo经 底 面 反 射 到 接 收 探 头 的 超 声 波 。探 头 中 心 间 距 probe centre separation（ PCS） 发 射 探 头 和 接 收 探 头 入 射 点 之 间 的 直 线 距 离 。缺 陷 深 度 flaw depth缺 陷 上

11、 端 点 与 扫 查 面 间 的 最 短 距 离 ， 见 图 2 中 d1。缺 陷 高 度 flaw height缺 陷 沿 X 轴 方 向 上 、 下 端 点 在 Z 轴 投 影 间 的 最 大 距 离 ， 见 图 2 中 h。JB/T 4730.103扫查面 O Yd1h3.10底面平 行 扫 查 parallel scanZ图 2 缺 陷 深 度 和 缺 陷 高 度3.11探 头 运 动 方 向 与 声 束 方 向 平 行 的 扫 查 方 式 。非 平 行 扫 查 non-parallel scan探 头 运 动 方 向 与 声 束 方 向 垂 直 的 扫 查 方 式 ， 一 般 指 探

12、 头 对 称 布 置 于 焊 缝 中 心 线 两 侧 沿 焊 缝 长 度方 向 （ X 轴 ） 的 扫 查 方 式 。3.123.133.14偏 置 非 平 行 扫 查 offset-scan偏 移 焊 缝 中 心 线 一 定 距 离 的 非 平 行 扫 查 。A 扫 描 信 号 A-scan signal超 声 波 信 号 的 波 形 显 示 图 ， 水 平 轴 表 示 超 声 波 的 传 播 时 间 ， 垂 直 轴 表 示 波 幅 。TOFD 图 像 TOFD imageTOFD 数 据 的 二 维 显 示 ， 是 将 扫 查 过 程 中 采 集 的 A 扫 描 信 号 连 续 拼 接 而

13、 成 ， 一 个 轴 代 表 探 头 移 动距 离 ， 另 一 个 轴 代 表 深 度 ， 一 般 用 灰 度 表 示 A 扫 描 信 号 的 幅 度 。4 检 测 人 员4.1 TOFD 检 测人员的一般要求应符合 JB/T 4730.1 的有关规 定。4.2 TOFD 检 测 人 员 应 熟 悉 所 使 用 的 TOFD 检 测 设 备 和 检 测 工 艺 作 业 指 导 书 。5 检 测 设 备5.1 检 测 设 备 应 具 有 产 品 质 量 合 格 证 或 合 格 的 证 明 文 件 。5.2 按 超 声 波 发 射 和 接 收 的 通 道 数 可 分 为 单 通 道 和 多 通 道

14、 检 测 设 备 。5.3 检 测 设 备 至 少 应 具 有 超 声 波 发 射 、 接 收 、 放 大 、 数 据 自 动 采 集 、 记 录 、 显 示 和 分 析 功 能 。5.4 检 测 设 备 包 括 仪 器 、 探 头 、 扫 查 装 置 和 附 件 。5.5 检 测 设 备 具 体 性 能 指 标 应 满 足 附 录 A（ 规 范 性 附 录 ） 的 要 求 。6 对 比 试 块6.1 对 比 试 块 是 指 用 于 检 测 校 准 的 试 块 。6.2 对 比 试 块 应 采 用 与 工 件 声 学 性 能 相 同 或 近 似 的 材 料 制 成 ， 该 材 料 用 直 探

15、头 检 测 时 ， 不 得 有 大JB/T 4730.104于 或 等 于 2mm 平 底 孔 当 量 直 径 的 缺 陷 。6.3 对 比 试 块 的 外 形 尺 寸 应 能 代 表 工 件 的 特 征 和 满 足 扫 查 装 置 的 扫 查 要 求 ， 对 比 试 块 厚 度 应 与 工 件 的 厚 度 相 对 应 ， 至 少 大 于 工 件 壁 厚 的 80%。6.4 对 比 试 块 中 反 射 体 的 形 状 、 尺 寸 和 数 量 参 照 附 录 B（ 资 料 性 附 录 ） 的 规 定 。 在 满 足 检 测 需 要 时 ， 反 射 体 也 可 采 取 其 他 布 置 形 式 或

16、添 加 。6.5 检 测 曲 面 工 件 的 纵 缝 时 ， 如 检 测 面 曲 率 半 径 小 于 150mm 时 ， 对 比 试 块 半 径 应 为 其 0.9 1.5 倍 ； 当 曲 率 半 径 等 于 或 大 于 150mm 时 ， 可 以 采 用 平 面 对 比 试 块 。7 方 法 概 要 和 一 般 要 求7.1 检 测 原 理7.1.1 TOFD 是 一 种 利 用 超 声 波 衍 射 现 象 、 非 基 于 波 幅 的 自 动 超 声 检 测 方 法 ， 其 基 本 特 点 是 采 用 一 发 一 收 探 头 对 工 作 模 式 。7.1.2 TOFD 通 常 使 用 纵 波

17、 斜 探 头 ， 在 工 件 无 缺 陷 部 位 ， 发 射 超 声 脉 冲 后 ， 首 先 到 达 接 收 探 头 的 是 直 通 波 ， 然 后 是 底 面 反 射 波 。 有 缺 陷 存 在 时 ， 在 直 通 波 和 底 面 反 射 波 之 间 ， 接 收 探 头 还 会 接 收 到 缺 陷 处 产 生 的 衍 射 波 或 反 射 波 。 除 上 述 波 外 ， 还 有 缺 陷 部 位 和 底 面 因 波 型 转 换 产 生 的 横 波 ， 一 般 会 迟 于 底 面 反 射 波 到 达 接 收 探 头 。 工 件 中 超 声 波 传 播 路 径 见 图 3， 缺 陷 处 A 扫 描

18、信 号 见 图 4：发射 直通波 接收 探头 探头上端点衍射波下端点衍射波底面反射波图 3 工 件 中 超 声 波 传 播 路 径直通波 上端点衍 射波 下端点衍 射波 底面反射波7.1.3 TOFD 检 测 显 示图 4 缺陷 处 A 扫描信 号7.1.3.1 TOFD 检 测 显 示 应 至 少 包 括 A 扫 描 信 号 和 TOFD 图 像 。7.1.3.2 TOFD 应 使 用 射 频 波 形 式 的 A 扫 描 信 号 。7.1.4 表 面 盲 区7.1.4.1 由 于 直 通 波 和 底 面 反 射 波 均 有 一 定 的 宽 度 ， 处 于 此 范 围 内 的 缺 陷 波 难

19、以 被 发 现 ， 因 此 TOFD 检 测 在 扫 查 面 和 底 面 均 存 在 表 面 盲 区 。7.1.4.2 可 以 通 过 采 用 宽 频 带 窄 脉 冲 探 头 、 减 少 探 头 中 心 间 距 或 增 加 扫 查 方 式 等 方 法 降 低 表 面 盲 区 高 度 。7.1.4.3 对 于 表 面 盲 区 应 采 取 其 他 有 效 的 检 测 方 法 进 行 补 充 。7.2 扫 查 方 式JB/T 4730.1057.2.1 扫 查 方 式 一 般 分 为 非 平 行 扫 查 、 平 行 扫 查 和 偏 置 非 平 行 扫 查 等 三 种 基 本 扫 查 方 式 ， 其

20、扫 查 方 式 示 意 图 分 别 见 图 5、 图 6 和 图 7。焊缝 焊缝发射探头 接收探头探头架发射探头 接收探头探头架X移动方向Y Y+移动方向XY Y+图 5 非 平 行 扫 查 图 6 平 行 扫 查焊缝发射探头 接收探头探头架移动方向 XY Y+图 7 偏 置 非 平 行 扫 查7.2.1.1 非 平 行 扫 查 一 般 作 为 初 始 的 扫 查 方 式 ， 用 于 缺 陷 的 快 速 探 测 和 缺 陷 长 度 测 定 ， 可 大 致 测 定 缺 陷 高 度 ， 但 无 法 确 定 缺 陷 距 焊 缝 中 心 线 的 偏 移 量 ， 同 时 难 以 检 测 横 向 缺 陷

21、。7.2.1.2 采 用 偏 置 非 平 行 扫 查 可 增 大 检 测 范 围 ， 提 高 缺 陷 高 度 测 量 的 精 度 ， 改 进 缺 陷 定 位 并 有 助 于 降 低 表 面 盲 区 高 度 ， 但 难 以 检 测 横 向 缺 陷 。7.2.1.3 对 已 发 现 的 缺 陷 进 行 平 行 扫 查 ， 可 改 进 缺 陷 定 位 和 缺 陷 高 度 测 定 的 准 确 性 ， 并 为 缺 陷 定 性 提 供 更 多 信 息 。 采 用 平 行 扫 查 时 ， 一 般 应 将 焊 缝 余 高 磨 平 。7.2.2 在 满 足 检 测 目 的 的 前 提 下 ， 根 据 需 要 的

22、 不 同 ， 也 可 采 用 其 他 合 适 形 式 的 扫 查 方 式 。7.3 检 测 程 序 TOFD检 测 的 一般 程 序 为 ： a ） 原 始 资料 查 阅 ；b） 编 制 检 测 工 艺 作 业 指 导 书 ； c） 人 员 、 设 备 、 试 块 准 备 ； d） 检 测 准 备 ；e） 检 测 设 置 和 校 准 ；f） 检 测 ；g） 数 据 分 析 和 解 释 ；h） 缺 陷 评 定 与 验 收 。8 检 测 准 备8.1 检 测 区 域JB/T 4730.1068.1.1 检 测 区 域 应 在 检 测 前 予 以 确 定 。8.1.2 若 焊 缝 实 际 热 影 响

23、 区 经 过 测 量 并 记 录 ， 并 且 探 头 的 位 置 可 按 预 先 标 记 得 到 控 制 时 ， 检 测 区 域 宽 度 为 两 侧 实 际 热 影 响 区 各 加 上 6mm 的 范 围 。8.1.3 若 未 知 焊 缝 实 际 热 影 响 区 ， 则 按 下 述 原 则 确 定 检 测 区 域 宽 度 ：a） 工 件 厚 度 t 200mm 时 ， 检 测 区 域 宽 度 应 是 焊 缝 本 身 ， 再 加 上 焊 缝 熔 合 线 两 侧 各 25mm 或 t(取 较 小 值 )的 范 围 。b） 工 件 厚 度 t 200mm 时 ， 检 测 区 域 宽 度 应 是 焊

24、缝 本 身 ， 再 加 上 焊 缝 熔 合 线 两 侧 各 50mm 的 范 围 。8.1.4 对 已 发 现 缺 陷 部 位 进 行 复 检 或 已 确 定 的 重 点 部 位 ， 检 测 区 域 可 减 小 至 相 应 部 位 。8.1.5 检 测 前 应 对 根 据 检 测 区 域 和 探 头 设 置 确 定 的 扫 查 路 径 在 工 件 上 予 以 标 记 ， 标 记 内 容 至 少 包 括 扫 查 起 始 点 和 扫 查 方 向 ， 同 时 应 在 母 材 上 距 焊 缝 中 心 线 规 定 的 距 离 处 画 出 一 条 参 考 线 ， 以 确 保 探 头 的 运 动 轨 迹 。

25、8.2 扫 查 面 准 备8.2.1 探 头 移 动 区 应 清 除 焊 接 飞 溅 、 铁 屑 、油 垢 及 其 他 杂 质 。检 测 表 面 应 平 整 ，便 于 探 头 的 扫 查 ， 其 表 面 粗 糙 度 Ra 值 应 不 低 于 6.3um， 一 般 应 进 行 打 磨 。8.2.2 要 求 去 除 余 高 的 焊 缝 ， 应 将 余 高 打 磨 到 与 邻 近 母 材 平 齐 ； 保 留 余 高 的 焊 缝 ， 如 果 焊 缝 表 面 有 咬 边 、 较 大 的 隆 起 和 凹 陷 等 也 应 进 行 适 当 的 修 磨 ， 并 作 圆 滑 过 渡 以 免 影 响 检 测 结 果

26、 的 评 定 。8.2.3 若 需 安 装 导 向 装 置 ， 应 保 证 导 向 装 置 与 拟 扫 查 路 径 的 对 准 误 差 不 超 过 探 头 中 心 间 距 的 10 。8.3 母 材 检 测8.3.1 超 声 波 声 束 通 过 的 母 材 区 域 ， 应 按 JB/T4730.3 中 5.1.4.4 中 的 规 定 先 用 直 探 头 进 行 检 测 或 在 TOFD 检 测 的 过 程 中 进 行 。8.3.2 母 材 中 影 响 检 测 结 果 的 反 射 体 ， 应 予 以 记 录 。8.4 耦 合8.4.1 应 采 用 有 效 且 适 用 于 工 件 的 媒 介 作

27、为 超 声 耦 合 剂 。8.4.2 选 用 的 耦 合 剂 应 在 一 定 的 温 度 范 围 内 保 证 稳 定 可 靠 的 检 测 。8.4.3 实 际 检 测 采 用 的 耦 合 剂 应 与 检 测 校 准 时 的 耦 合 剂 相 同 。8.5 温 度8.5.1 应 确 保 在 规 定 的 温 度 范 围 内 进 行 检 测 。8.5.2 若 温 度 过 低 或 过 高 ， 应 采 取 有 效 措 施 避 免 ， 若 无 法 避 免 ， 应 评 价 其 对 检 测 结 果 的 影 响 。8.5.3 检 测 校 准 与 实 际 检 测 间 的 温 差 应 控 制 在 20 之 内 。8.

28、5.4 采 用 常 规 探 头 和 耦 合 剂 时 ， 工 件 的 表 面 温 度 范 围 为 0 50 。 超 出 该 温 度 范 围 ， 可 采 用 特 殊 探 头 或 耦 合 剂 ， 但 应 在 使 用 温 度 下 的 对 比 试 块 上 进 行 设 置 和 校 准 。9 检 测 设 置 和 校 准9.1 探 头 设 置9.1.1 探 头 设 置 包 括 探 头 型 式 、 参 数 的 选 择 和 探 头 中 心 间 距 的 设 定 ， 探 头 设 置 应 确 保 对 检 测 区 域 的 覆 盖 和 良 好 的 检 测 效 果 。9.1.2 探 头 型 式 一 般 为 宽 角 度 纵 波

29、 斜 探 头 ， 探 头 对 的 标 称 频 率 应 相 同 ， 探 头 声 束 与 工 件 底 面 法 线 间 的 夹 角 不 应 小 于 40。9.1.3 当 工 件 厚 度 大 于 50mm 时 ， 应 在 厚 度 方 向 分 成 若 干 区 域 进 行 检 测 。 探 头 设 置 应 确 保 声 束 在 深 度 方 向 覆 盖 相 邻 分 区 在 壁 厚 方 向 上 高 度 的 25 时 声 压 幅 值 下 降 不 超 过 12dB。 分 区 检 测 可 以 使 用 多 通 道 检 测 设 备 一 次 完 成 扫 查 ； 也 可 使 用 单 通 道 检 测 设 备 ， 采 用 不 同

30、的 探 头 设 置 进 行 多 次 扫 查 。7JB/T 4730.109.1.4 与 工 件 厚 度 有 关 的 检 测 分 区 、 探 头 参 数 选 择 可 参 考 表 1， 建 议 将 探 头 中 心 间 距 设 置 为 使 该 探 头 对 的 声 束 交 点 位 于 其 所 覆 盖 区 域 的 2/3 深 度 处 。表 1 平 板 对 接 接 头 的 探 头 推 荐 性 选 择 和 设 置工件厚度(mm）检测通道数或扫查次数 深度范围标称频率(MHz)声束角度 ( )晶片直径(mm)610 1 0t 1510 7060 231015 1 0t 157 7060 241535 1 0t

31、 105 7060 263550 1 0t 53 7060 3602t/5 7.55 7060 3650100 22t/5t 53 6045 6120t/5 7.55 7060 36t/53t/5 53 6045 612100200 33t/5t 52 6045 620040 7.55 7060 36402t/5 53 6045 6122t/53t/4 52 6045 620200300 43t/4t 31 5040 1020040 7.55 7060 36403t/10 53 6045 6123t/10t/2 52 6045 620t/23t/4 31 5040 1020300400 53t

32、/4t 31 5040 12259.1.5 若 已 知 缺 陷 的 大 致 位 置 或 可 能 产 生 缺 陷 的 部 位 ， 可 选 择 合 适 的 探 头 型 式 （ 如 聚 焦 探 头 ） 或探 头 参 数 （ 如 频 率 、 晶 片 直 径 ） ， 推 荐 将 探 头 中 心 间 距 设 置 为 使 探 头 对 的 声 束 交 点 为 缺 陷 部 位 或 可 能 产 生 缺 陷 的 部 位 ， 且 声 束 角 度 为 55 60。9.1.6 探 头 设 置 应 通 过 试 验 优 化 ， 在 检 测 设 置 时 可 采 用 对 比 试 块 调 整 ， 在 对 工 件 的 扫 查 中 可

33、 通 过检 测 效 果 验 证 。9.2 A 扫 描 时 间 窗 口 设 置9.2.1 检 测 前 应 对 检 测 通 道 的 A 扫 描 时 间 窗 口 进 行 设 置 。9.2.2 A 扫 描 时 间 窗 口 至 少 应 包 含 表 一 中 规 定 的 深 度 范 围 ， 同 时 应 满 足 如 下 要 求 ：a） 若 工 件 厚 度 不 大 于 50mm 时 ， 可 采 用 单 检 测 通 道 ， 其 时 间 窗 口 的 起 始 位 置 应 设 置 为 直 通 波 到 达 接 收 探 头 前 0.5 1us 以 上 ， 窗 口 宽 度 应 设 置 为 包 含 工 件 底 面 的 一 次 波 型 转 换 波 后0.5 1us 以 上 。